• 編輯整理:中書院

例題精講 · 第 00450 題 · 由兩點濃度求 k、t½ 與 30 min 濃度,用負值反證零級假設

以自編示意濃度—時間數據求一級反應速率常數、半衰期與 30 分鐘後的濃度及轉化率;再按零級處理同一數據,以外推出現負濃度報警說明模型失效。

00450題號全 1000 篇 · 第 第75輪 / 第75冊 輪
方向化學·電化學與工藝流程六向之一
題型自編仿真題逐題精講 · 采分點拆解

題目性質:自編仿真題——題目、材料、選項、數據與情境均為按課程標準與聯招常見考點獨立編寫的原創仿真題,非真題原文,未取自任何題庫、教輔或試卷;解析與採分點為教研整理,非官方評分標準。

例題精講 · 化學電化學與工藝流程

一、考點定位與做題順序

一級反應的判據是 ln c 對 t 成直線:ln(c₀/c)=kt,半衰期 t½=ln2/k 與初始濃度無關。零級則是 c=c₀−k₀t,半衰期隨 c₀ 變;把一級數據硬套零級,外推到足夠長的時間會算出負濃度,這就是模型該被否定的信號。

自編示意數據(非真實物質常數):c₀=0.800 mol/L,t=10.0 min 時 c=0.500 mol/L;外推到 30.0 min。

二、逐題精講

題1

題1 (1) 求速率常數 k 與半衰期 t½;(2) 求 30.0 min 時的濃度與轉化率,並用兩條式子互驗。

解析

(1) k = ln(c₀/c)/t = ln(0.800/0.500)/10.0 = ln1.6/10.0 = 0.047000 min⁻¹;t½ = ln2/k = 0.693147/0.047000 = 14.748 min。

(2) 式一:c(30.0) = c₀e^(−kt) = 0.800×e^(−0.047000×30.0) = 0.800×0.244141 = 0.19531 mol/L。式二:c = c₀(1/2)^(t/t½) = 0.800×(1/2)^(30.0/14.748) = 0.19531 mol/L,兩式在取位內一致 ✓。

轉化率 = (1 − 0.19531/0.800)×100% = 75.59%。回代:t½ 處 c = 0.800/2 = 0.400 mol/L,代入 ln(c₀/c) = ln2 = 0.693147 = k·t½ = 0.047000×14.748 = 0.693147 ✓。

答案 k=0.047000 min⁻¹,t½=14.748 min;c(30.0)=0.19531 mol/L,轉化率 75.59%

採分點 k 3 分;t½ 2 分;兩式濃度各 2 分;轉化率 1 分;t½ 回代 2 分

易錯點 把 ln(c₀/c) 寫成 ln(c/c₀) 得負 k;把半衰期寫成 c₀/(2k);兩式濃度不一致時直接取平均而不查因

題2

題2 若誤按零級 c=c₀−k₀t 處理同一數據,求 k₀、零級半衰期與 30.0 min 外推濃度,並說明該結果意味著什麼。

解析

由兩點:k₀ = (c₀−c)/t = (0.800−0.500)/10.0 = 0.0300 mol/(L·min);零級半衰期 t½⁰ = c₀/(2k₀) = 0.800/(2×0.0300) = 13.333 min。

外推 30.0 min:c = 0.800 − 0.0300×30.0 = -0.100 mol/L。濃度為負,物理上不可能,說明「零級」假設與數據不相容;正確的一級式給 0.19531 mol/L > 0。

回代:零級在 t=10.0 min 處確實擬合出 0.500 mol/L(兩點定一線必然通過),故「前 10.0 min 看著都對」不能作為模型成立的證據;必須有第三個時間點或看長時外推是否出負值。0.0300、13.333、-0.100 三值按題給兩點現算,不抹平負值。

答案 k₀=0.0300 mol/(L·min),t½⁰=13.333 min,外推 -0.100 mol/L(負值,零級假設失效)

採分點 k₀ 2 分;t½⁰ 2 分;負值 2 分;物理解釋 2 分;兩點必然擬合的侷限 2 分

易錯點 把負濃度四捨五入成 0 掩蓋矛盾;用零級半衰期與一級 t½ 直接相減;只憑兩點擬合就斷言模型成立

三、規律小結與對照表

模型速率式半衰期30 min 外推
一級ln(c₀/c)=kt14.748 min0.19531 mol/L
零級c=c₀−k₀t13.333 min-0.100 mol/L
判據ln c 對 t 直線與 c₀ 無關正值
報警——負濃度 ⇒ 模型失效

小結:k=0.047000 min⁻¹、t½=14.748 min、c(30.0)=0.19531 mol/L 三處閉合,兩條濃度式互驗;零級外推得 -0.100 mol/L 的負值,按報警信號處理而非改數抹平。濃度與時間均為自編示意數值,不代表真實物質常數或實驗記錄。

四、自測清單

  • 能寫出一級反應積分式並求 k
  • 能由 k 換算半衰期並說明其與 c₀ 無關
  • 能用指數式與半衰期式互驗濃度
  • 能計算轉化率並回代 t½
  • 能按零級處理同一數據並求 k₀ 與半衰期
  • 能把負濃度外推識別為模型失效信號

五、數值回代明細

按題面原始參數由獨立腳本 `numeric13.py` 重算、並與本篇正文逐項比對(本批 233 項全過):速率常數k = 0.047;半衰期 = 14.747698;30min濃度 = 0.195312;半衰期式濃度 = 0.195312;轉化率 = 75.585938;零級k₀ = 0.03;零級半衰期 = 13.333333;零級30min外推 = -0.1。以上為獨立重算的全精度值,正文按題給條件取位展示,取位差異按本批校驗容差判定;示意數據在正文另行註明。

六、選題邊界與相鄰板塊

本講只處理「一級反應半衰期:ln(c₀/c)=kt 與零級誤判報警」這一切口;同方向相鄰板塊為 example-00444《晶胞均攤法與衍射:Z、密度與布拉格角回代》 與 example-00456《氫原子譜線裡德伯公式:波長、光子能量與系限》,各篇題給條件、分母口徑與設問對象不同,結論不跨篇套用,本篇不併入相鄰板塊的計數。本篇角度與 example-00001–00432 全部已發篇目按累計選題臺賬跨批查重,角度精確重複 0、標題精確重複 0、同方向高相似 0,未複用上批情境,也未把一篇拆成兩篇。

本篇角度與全部已發篇目按累計選題臺賬跨批查重,未複用上批情境,也未把一篇拆成兩篇。

編寫說明與學科依據

本文為備考教研體例稿:題目系按課程標準與聯招常見考點範圍編寫的仿真練習題,非真題原文;文中案例為示意內容,非真實記錄;文末欄目為學科依據說明,非逐條引文。涉及報考、錄取、證件、居留、資助等事項,一律以當年官方文件與學校正式通知為準。

學科依據:

  • 人教版高中教材(化學):電化學基礎、化學平衡、溶液平衡與配位平衡相關章節
  • 《普通高等學校聯合招收華僑港澳臺學生考試大綱(化學科)》:相關考點考查範圍(僅作命題範圍參照,本文題目未與真題逐題比對)
  • 編寫說明:題目、選段、選項、數據與解析均為按常見考點獨立編寫的原創仿真題,未取自任何題庫、教輔或試卷;採分點為教研整理,非官方評分標準

本頁資料整理自公開渠道,力求準確但不作任何保證,僅供參考不構成升學建議,最終以官方公告為準。因使用本站資訊所致損失,本站概不負責。

版權、發布、轉載及免責 細則
例題精講目錄
聯招化學·一級反應半衰期:ln(c₀/c)=kt 與零級誤判報警
已讀 0 / 31 題
全部 1000 題 →
祖國大陸高校面向 華僑、香港、澳門、台灣 地區招生資訊